2009 GÜZ
Harddisk Disk
Sabit diskler üstüste yerleştirilmiş plakalardan (platter) oluşmaktadır. Plakaların her iki
yüzeyinde okuma/yazma için okuma yazma kafaları (read-write heads) monte edilmiştir.
R/W kafaları “head actutator” mekanizması ile hareket ettirilmektedir. Bu plakalar spindle
adı verilen bir mil ile motora bağlanmıştır.
Plakalar dakikada 7500 ile 10,000 (rpm) devir arasında hareket etmektedirler. Plakalar
üzerinde verinin kayıt edileceği yerlere track (izler) adı verilmektedir. Konsentrik halkalar
şeklinde harddiskin kapasitesine bağlı olarak yerleştirilen track ların bölümlenmesi ile
oluşturulan dilimlere Sektör denilmektedir. Başka bir deyişle Trackler sabit açılarla
bölümlenerek sektörler oluşturulmaktadır.
Farklı boyutlarda (512 byte – 4096 Byte)
oluşturulan sektörler en küçük standart disk birimidir.
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
1
2009 GÜZ
512 bytelık sektör, disk adreslenmesi için çok ufak bir birim olduğu için bu işletim
sisteminin adresleme için kullanacağı alanı büyütürken diğer taraftan ufak sektör parçaları
ile uğraşmak sistemi yavaşlatmaktadır. Bu nedenle cluster adı verilen yeni bir yapı
oluşturulmuştur. Đşletim sistemi düzeyinde ya da disk sürücüsünün kendisinde sektörler
küme (cluster) olarak adlandırılan grup içine alınır. Başka bir deyişle sektörlerin
gruplandırılması ile oluşan alana cluster (küme) adı verilmektedir. Bu işletim sistemi bazında
en küçük harddisk alanı olarak kabul edilmektedir. Cluster büyüklükleri fat yapısına ve disk
büyüklüğüne bağlı olarak değişmektedir.
Diskler dosyaları saklayabilmek için dosya sistemlerini (file systems) kullanır. Bu yapı
biçiminde dosyalar bir hiyerarşi içinde düzenlenir. Sabit disk üzerinde bilgiler iz (track) ve
kesim (sector) diye adlandırılan alanlarda Saklanmaktadır. Her bir sektör sabit sayıda byte
saklamaktadır. (Ör: 256 veya 512 byte gibi).
Sektör ve izler düşük seviyeli formatlama (low-level formatting) işlemiyle plakalar
üzerinde oluşturulur. Her bir sektörün başlangıç ve bitiş noktaları plakalar üzerine yazılır.
Düşük seviye formatlama işlemiyle sabit disk byte bloklarını tutacak duruma hazırlanır.
Bu
işlemden
sonra
yüksek
seviyeli
formatlama
(high-level
formatting)
işlemi
gerçekleştirilir. Yüksek seviyeli formatlama işlemiyle sektörlere FAT (File Allocation Table
– Dosya Ayırma Tablosu) gibi dosya depolama yapıları yazılır. Böylece sabit disk, üzerine
dosya yazılabilecek duruma hazırlanmış olur. Bu işleme işletim sisteminin yüklenmesi de
denilmektedir.
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
2
2009 GÜZ
Harddisk
Her partition (bölümleme) 4 temel alana ayrılmıştır
Master Boot Record (MBR):
Her zaman sabit disklerin ilk sektöründe yer alır (disketlerde bulunmaz) ve harddisklerin
bölümlenmesini sağlar. Bu sayede bir harddiskte birden fazla sürücü tanımlayabiliriz. Her
harddiskte sadece 1 tane master boot record bulunur.
Bu kayıt alanı bu bölümün nerede başlayıp nerede bittiğini, işletim sisteminin bu alandan
yüklenip yüklenemeyeceğine ilişkin bilgiler içerir.
BOOT
Boot sektör, disk veya diskete ilişkin bazı bilgiler ile işletim sistemini yüklemeye yarayan
ufak bir program parçası içerir.
FAT (File Allocation Table) Dosya Ayırma Tablosu
Fat, her bir dosyanın bulunduğu clusterı belirten bir liste yapısıdır.
Dosya okunurken dosyanın hangi clusterlara dağılmış olduğu bu listeden takip edilerek
bulunmaktadır.
Ayrıca disk üzerindeki bozuk alanlar da (bad sector) fat e işaretlenir.
Böylece bu alanların üzerine dosya /dosyaların yazımı engellenmektedir.
ROOT
Root ( kök) dizinde bulunabilecek dosya veya dizinlerin kayıtları tutulmaktadır.
Data Alanı
Diskin geri kalan kısmı olup dosyaların saklandığı alandır. Burada tüm programlara ait
dosyalar saklanmaktadır.
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
3
2009 GÜZ
Sabit Disk Çeşitleri
Sabit disklerin üretiminde çok sayıda farklı ara birim kullanılmaktadır. Hardisk üzerindeki
veri iletimi bu arabirimlerin üzerinden gerçekleştirilmektedir. Bu arabirim teknolojileri
şöyle sıralanabilir: ATA , Serial ATA, SCSI, FireWire ve USB gibi.
ATA
Advanced Technology Attachment kelimelerinin baş harflerinin kısaltmasıla anılmaktadır.
Kişisel bilgisayarlarda harddisk ve CD-ROM gibi depolama aygıtlarıyla bilgisayar arasında
veri iletişimi gerçekleştiren bir arayüz standardıdır. Đlk nesil ATA standartında harddisk
kontrolu için ayrı bir kontrol kartı tasarlanmıştır. IDE teknolojisinde ise harici bir kontrol
kartına olan gereksinimin ortadan kaldırılmıştır. Elektronik kontrol kartı sabit disk
sürücüsünün üzerine monte edilmiş olup sürücü bağlantısı ana kart üzerindeki IDE
yuvalarına yapılmaktadır
Daha sonra IDE standardının 1994 yılında EIDE (Enhanced IDE) standardı olarak
güncellenmiştir. IDE standardında tek bir paralel IDE kablosu üzerine iki cihaz
bağlanabilirken, EIDE standardında aynı anda 4 farklı cihazı bağlanabilmekte ve önceki
standartla uyum sağlamak amacıyla aynı bağlantı yolu ve kablo kullanılmıştır.
DMA tekniği ( sonraki nesil uygulamalarda UDMA-Ultra DMA), disk kontrolcüsüne CPU’yu
atlayarak veriyi doğrudan hafızaya yazma olanağı sağlar.
ATA sürücülerinin, depolayabilecekleri veri kapasitesiyle ilgili sınırlamalar bulunmaktadır.
Bu sınırlamalar yeni adresleme sistemleri ve programlama teknikleri ile aşılmıştır. Bu
sınırlamalar için 528MByte, 8,4GByte, 34GByte ve 137GByte değerleri örnek olarak
verilebilir. Sınırlamadan kaynaklanan sorunları gidermek için sistemlerin BIOS yazılımlarının
güncellenmiştir. Önceki nesil sürücülerde kullanılan CHS adresleme tekniğinden LBA
adresleme tekniğine geçiş yapılarak ATA sürücülerinin kapasiteleri 137GByte’a
çıkarılmıştır. Daha sonra LBA adreslemesi için kullanılan 28 bit 48 bite yükseltilerek disk
sürücüsünün depolama kapasitesi teorik olarak 144PB (PetaByte) seviyesine yükseltilmiştir.
Diğer taraftan, kullanılan işletim sistemine bağlı olarak disk sürücünün kullanılabilir
kapasitesi değişmektedir. 32-bit XP işletim sisteminin mevcut dosya sistemi 2TB’dan daha
büyük disk sürücülerinin kullanılmasına kısıtlama getirmektedir. Aşağıdaki tabloda disk
sürücü standartları listelenmştir.
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
4
2009 GÜZ
Disk Sürücü Standartları
Seri (Serial) ATA standardının çıkışı birlikte ATA standardı yerine Paralel ATA (PATA)
olarak adlandırılmıştır.
PATA standardı çoğunlukla kişisel bilgisayarlarda dahili olarak kullanılmıştır. ATA
standartının değişik versiyonlarında farklı kablo tipleri ve soketler kullanılmıştır.
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
5
2009 GÜZ
Geliştirilerek yenilenen ATA standardında bir kablo üzerinden iki harddisk bağlanabilmektedir. Anakart üzerinde genellikle iki kanal yer aldığından bilgisayarınıza 4 harddisk
bağlayabilirsiniz.
SATA ise seri veri iletişimine dayalı bir teknolojidir. Seri ATA teknolojisi USB ve FireWire
arayüzlerinden farklı olarak bilgisayarınızın içinde kullanılacak öncelikli arayüz olarak
geliştirilmiştir. Anakartınızda SATA harddiskler için SATA konnektörler bulunmaktadır.
SATA kablolar daha küçük ve farklı konnektör yapısı ile anakart üzerindeki diğer
konnektörler kolayca ayırt edebilirsiniz.
Seri ATA teknolojisinde master/slave ayarı ortadan kaldırılmıştır. Seri ATA’nın noktadan
noktaya bağlantı (peer to peer) özelliği sayesinde her sürücü ana kartın SATA soketine
doğrudan bağlanır. Bu nedenle her SATA sürücü için ayrı kablo gerekir. Ayrıca ana kart
üzerinde de her cihaz için ayrı soket bulunması gerekir. Ancak çok sayıda cihazın aynı veri
yolu üzerinden haberleşmesini sağlamak için SATA host denetleyicileri (RAID sürücü)
bulunmaktadır. Bu denetleyicilerin kullanılmasıyla çok sayıda SATA sabit diski birbirini
engellemeden çalışabilmektedir.
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
6
2009 GÜZ
SATA sürücüler, özellikle sunucularda ve iş istasyonlarında RAID (Redundant Array of
Inexpensive /Independent Disks – Ucuz/Bağımsız Çoklu Disk Dizisi) teknolojisi kullanılarak
çok büyük performans artışları sağlayabilir. RAID teknolojisi çok sayıda cihazın aynı kanal
üzerinden birbirleriyle haberleşmelerine olanak sağlayan bir teknolojidir. Örnek vermek
gerekirse; veri iletişim kapasitesi 150MB/s olan üç adet sabit disk sürücüsünün RAID
üzerinden bağlantısı yapılacak olursa toplam veri kapasitesi 450MB/s’ye çıkartılır. Sunucu
sistemlerde kullanılmakta olan bir çok ana kart üzerinde yerleşik RAID sürücüsü
bulunmaktadır.
Üzerinde eski SATA I (1,5Gbps) uyumlu denetleyici (host controller) bulunan ana kartlara
SATA II (3Gbps) ya da SATA III (6Gbps) yapısında bir sabit disk sürücüsünün takılması
durumunda haberleşme sorunu yaşanacaktır. SATA II ya da SATA III sabit disk
sürücülerinin SATA I olarak gösterilmesi durumunda bu sorun ortadan kaldırılır.
Bunun için gerekli jumper ayarı yapılmalıdır. Đlgili ayar yapıldıktan sonra sürücü ana karta
takılır ve sistem çalıştırıldıktan sonra sabit disk sürücüsünün BIOS tarafından görünüp
görünmediği belirlenir.
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
7
2009 GÜZ
PATA harddisklerin üzerinde güç bağlantı soketi, Veri iletişim soketi ve kullanım şekilinin
ayarlanması için bir jumper bloğu bulunmaktadır.
SATA harddiskler üzerinde PATA harddisklere benzer Giriş/Çıkış konnektörleri
bulunmaktadır.
SCSI ( Small Computer Small Interface ) teknolojisi sabit disk sürücülerinde, optik
sürücülerde, yazıcı ve tarayıcı gibi giriş /çıkış cihazlarında da yaygın olarak kullanılan bir
standarttır.
SCSI teknolojisi geliştirildiği ilk yıllarda Apple Macintosh’da ve Sun Microsystems
bilgisayarlarında kullanılmaya başlamıştır. Ancak IBM PC dünyasında o günlerde
kullanılmakta olan daha düşük maliyetli ve yeterli performans sunan ATA standardı
nedeniyle PC bilgisayarlarda fazla yaygınlaşamamıştır.
SCSI’nin sunduğu yüksek veri hızı oranları ve çok sayıda cihaz bağlanabilme özelliği
nedeniyle iş istasyonları, sunucular ve yüksek seviyeli sistemlerde SCSI harddiskleri
yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
8
2009 GÜZ
SCSI-I
SCSI’nin ilk versiyonu olup (1986) 8 bitlik paralel veri yoluna sahiptir. Maksimum 6 metrelik
kablo uzunluğuyla ATA’nın (46 cm’lik) kablo sınırını aşmıştır. 8 adete kadar cihaz
bağlanabilme desteği vardır.
SCSI-II
Fast SCSI ve Wide SCSI diye adlandırılan türevleri vardır. Fast SCSI arayüzü çalışma
hızını 10MHz’e ve veri transfer hızını 10MB/s’ye katlamış olup, Wide SCSI ise veri yolu
genişliğini 16 bite çıkarmıştır (böylece veri transfer hızı da 20MB/s’ye yükselmiştir). Ancak
bu artışlarla birlikte kablo uzunluğu azalmıştır.
Ultra-II
Bu arayüzle birlikte sinyal iletiminde kullanılan LVD (Low Voltage Differential) adlı yeni bir
alıcı/verici teknolojisi duyurulmuştur. Bu özelliği sayesinde kablo uzunluğu 12 m’ye kadar
çıkartılabilmiştir. Çalışma hızları ve veri işleme miktarları da önceki versiyonlarına göre
ikiye katlanmıştır. Ultra2-Wide türeviyle birlikte SCSI arayüzüne bağlanabilen cihaz sayısı
16’ya çıkartılmıştır.
Ultra-3
Ultra-160 SCSI olarak da bilinmektedir( 1999). DTC (Double Transition Clocking) denen bir
teknolojinin kullanımı sayesinde veri transfer kapasitesi 160MB/s’ye çıkartılmıştır. DTC
tekniğinde saat palsinin düşen ve yükselen kenarlarında veri iletimi gerçekleştirilmektedir (
benzer metot DDR RAM’lerde de kullanılmaktadır). Önceki SCSI türevleriyle de uyumlu
çalışmaktadır. Bu arayüzle birlikte CRC (Cycling Redundancy Check) ve hata düzeltme işlemi
(Error Correcting Process) gibi yeni teknolojiler sunulmuştur.
Ultra-320
SCSI 7. nesil SCSI teknolojisidir. Bu versiyonda eskiye uyumluluk ilkesini (16 bitlik
yapısıyla) göz önünde bulundurulmuştur. Çalışma frekansı ve veri işleme kapasitesi ikiye
katlanmış olup QAS (Quick Arbitration and Selection) diye adlandırılan paketlenmiş SCSI
tekniğiyle komut yükünü azaltan ve performansı yükselten bir teknoloji sunmaktadır.
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
9
2009 GÜZ
Günümüzde SCSI arayüzü TCP/IP üzerinden doğrudan veri iletimi yapacak şekilde
geliştirilmiştir. Bu sürüme iSCSI (internet SCSI) denilmektedir. iSCSI düşük gecikmeli
SCSI bloklarını IP protokolünü kullanan ağlar üzerinden veri gönderme/alma için
geliştirilmiştir. Böylece veri deposu olarak kullanılan alan ağlarına ya da daha büyük veri
yığınları için internete bağlanarak depolanan veri kapasitesi yükseltilmiş olmaktadır.
SAS (Serial Attached SCSI)
SCSI’nin bu sürüme kadar mevcut versiyonları paralel veri iletimi gerçekleştirirken bu
versiyonda seri iletim yapılmaktadır. Veri iletimi 3GB/s’ye çıkartılmıştır. Her bir SAS portu
128 adet cihaz desteğine sahiptir.
Farklı SCSI versiyonları için farklı konnektörler kullanılması kullanıcılar dikkat etmesi
gerektiği önemli noktalardan birisidir. Versiyonlar arasındaki uyumsuzluk sorununun
giderilmesi için adaptörler kullanılmaktadır.
Terminated (Sonlandırma)
SCSI yolu sonlandırılmadığı takdirde veri yoluna gönderilen elektrik sinyalleri, yansımaya
neden olur ve SCSI denetleyicisiyle cihazlar arasında girişim meydana gelir. Veri yolunun
sonlandırılması için veri yolunun her iki ucuna da sonlandırıcı dirençler takılır. Eğer veri
yoluna dahili ve harici cihazların her ikisi de bağlanıyorsa her bir serideki son cihaza uygun
sonlandırıcının takılması gerekir.
SCSI sonlandırıcıları aktif ve pasif sonlandırıcılar olmak üzere iki ana gruba ayrılır:
Pasif sonlandırıcı standart, saat hızlarında çalışan SCSI sistemlerinde ve cihazlardan
denetleyiciye (host controller) 1m’den daha az mesafe olduğunda kullanılır.
Aktif sonlandırıcı ise hızlı SCSI sistemleri için ya da cihazlardan denetleyiciye 1 m’den
daha fazla mesafe olduğunda kullanılır.
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
10
2009 GÜZ
SCSI ve ATA standartının karşılaştırılmasında teknolojik gereksinimler, uygulama alanı ve
maliyet gibi unsurlar gözönünde bulundurulmalıdır.
SCSI diskler, genellikle çağdaşı oldukları ATA disk sürücülerine göre daha yüksek
rpm değerlerinde üretilmektedir.
SCSI diskler, nispeten sunucu uygulamalarına yönelik geliştirildiği için ön bellekleri
(cache) daha büyüktür.
Sahip olduğu komut yapısı sayesinde (Command Taq Queuing) aynı anda birden fazla
komutu işleyebilir.
Paralel ATA’da aynı anda yalnızca tek komut işletilebilir. Seri ATA teknolojisiyle
birlikte birden fazla komut işletilebilir duruma gelinmiştir.
Tek bir kanal üzerinden ATA’ya kıyasla çok daha fazla cihaz bağlanabilir.
Çoğunlukla harici kontrol kartı gerektirirler. (Sunucu sistemlerde SCSI kontrol
devresi anakart üzerine de yerleştirilmektedirler.)
Kablo uzunluğu daha fazladır.
SCSI veri yolu kontrolcüsü (host controller) kendisine bağlı tüm cihazları
mikroişlemciye ek yük getirmeden kontrol edebilir.
Bir SCSI zincirindeki tüm cihazlar aynı anda çalışabilme özelliğine sahiptir. PATA’ ya
kıyasla büyük bir performans farkı bulunmaktadır. Ancak SATA teknolojisinde
performanslar arasındaki fark önemli ölçüde azalmıştır.
SCSI teknolojisini kullanan sabit diskler ATA teknolojisini kullanan modellere göre
daha yüksek maliyetldidir.
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
11
2009 GÜZ
RAID (Redundant Array of Inexpensive Disk ) birden fazla diskin tek bir birim gibi
çalıştırılmasını sağlayan teknolojinin kısaltılmış adıdır. Böylece sisteminizdeki toplam disk
kapasitesi performans kayıplarına yol açmadan artırılmıştır. Bu teknolojinin diğer önemli
bir avantajıda verilerin eş-zamanlı olarak yedeklenir. Sistemdeki disklerden birisi çökse
(crash) bile aynı anda veriler diğer bir diske yedeklendiğinden Server makineler kesintiye
uğramadan RAID teknolojisi sayesinde hizmet sunacaktır. RAID teknolojisi
hem
donanımsal hemde yazılımsal tabanlı olarak uygulanmaktadır. Yazılım tabanlı RAID işletim
sistemi ile gelen araçlar yardımıyla yada bu amaçlı geliştirilmiş programlar aracılığıyla
gerçekleştirilmektedir. Donanım tabanlı RAID teknolojisi ise RAID kontrol kartı ve bu kartı
destekleyen yazılımla kullanılmaktadır.
RAID 0 [Stripping – Şeritleme]
Bu modda okuma ve yazma paralel olarak gerçekleştirildiği için önemli bir performans artışı
sağlanmıştır. En az 2 diskle gerçekleştirilmektedir. Aynı türden bağlı diskler üzerine yazma
yapılırken veriler ardışıl bloklara bölünerek dağıtılıyor. Bundan dolayı disklerin boyutları
eşit olmalıdır. Disklerin cache bellekleri de toplanır. Örneğin disklerin cache bellekleri 4
MB ise
toplam cache alan 8 MB gibi kullanılır. Bu okuma/yazma performansının önemli
ölçüde artmasına neden olur. Veriler diskler üzerine şeritler halinde yazıldığından
disklerden birisinin çökmesi durumunda veri kayıpları söz konusu olacaktır.
RAID 1 [Disk mirroring]
Bir diskteki veri eş-zamanlı olarak diğer diske yazılacaktır. Böylece disklerden birisi çökse
bile aynı anda diğer diske yedeklendiğinden sistem kesintisiz hizmet verebilecektir. Bu
mod güvenliği öne çıkaran bir çalışma düzeyini esas almaktadır. Böylece verilerin
kurtarılması ve ve diskin eski haline getirilmesi için harcanacak zaman minimuma indirilmiş
olacaktır. Bu yapılanmada okuma paralel olarak birkaç diskten yapılırken, yazma sırasında
disk sayısı kadar tekrarlama yapılmaktadır. Bu okuma işleminde ECC ( Hata bulma ve
düzeltme) den dolayı performans biraz artarken yazma işleminde önemli bir düşüşe neden
olacaktır.
RAID 4 [ Stripe with dedicated parity]
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
12
2009 GÜZ
Bu mod en az üç diskle gerçekleştirilmektedir. Disklerden birinde hangi verinin nereye
yazıldığına ilişkin bilgi tutulur. Disklerden birisi çökse bile eşlik (parity) bilgisi çöken
diskteki verinin yeniden oluşturlmasını sağlar. Eğer iki disk birden çökerse tüm bilgiler
kaybolur. Bu modda eşlik bitinin tek bir diskte bulunduğundan her yazımda güncellenmesi
nedeniyle performansta kayıplar yaşanır. Burada disklerin kapasitelerinin birbirine yakın
olması tercih edilmelidir.
RAID 5 [Stripe sets with parity]
Veriler iki diske yazılırken eşlik bilgileri üçüncü bir diske kayıt edilir. Eşlik bilgisi disklere
dağıtıldığından RAID 4 modunda yaşanabilecek olumsuzlukların önüne geçilmiştir. ( Eşlik
bilgisi tek bir diskte tutulmaz) Böylece yüksek okuma/yazma hızıyla birlikte güvenlik
sağlanmış olur. Böylece disklerden birinde yaşanabilecek çökme yada benzeri hatalar bu
diskin yenilenmesinin ardından en son eşlik bilgilerinin kayıt edildiği diskten okunması
(verilerin tekrar inşa edilmesi) giderilmiş olacaktır.
Veri güvenliğinin ön planda tutulduğu uygulamalarda tercih edilen bir kurulumdur.
RAID 0+1 [Striping + Mirroring]
Bu kurulum için en az dört disk kullanılmalıdır. Bu yapılanma RAID 0 ve RAID 1 ‘ in aynı çatı
altında toplanması demektir. Disklerin yarısı şeritleme için kullanılırken diğerleri ise bu
yapının mirror’ lenmesini sağlar. Böylece tek bir diske göre okuma performansı açısından 4
kat bir artış sağlanırken yazma işlemine göre 2 kat bir performans artışı söz konusu
olacaktır.
Referanslar
www.pctechquide.com
www.hardwaresecrets.com
www.tomshardwarequide.com
http://en.kioskea.net/pc
Lecture notes, Computer Science at Virginia University.
Bilişim Teknolojileri Disk Sürücüleri, MEGEP 2006, Ankara
D. Anderson, J. Dykes, and E. Riedel, “More Than An Interface – SCSI vs. ATA” .
Yrd. Doç. Dr. C. Harmanşah
13
Download

Bilg. Donanım Ders Notu-4